| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Forceret udvaskning på Hjørring Gasværk - Afslutningsrapport

4 Umættet zone, undersøgelser og resultater

• 4.1 Geniltning
  • 4.1.1 Iltdiffusion målt på siet, pakket jord
  • 4.1.2 Iltdiffusion målt på uforstyrrede jordprøver
  • 4.1.3 Simpel model for iltdiffusion og geniltningstid
  • 4.1.4 TDR-moniteret afdræningsopstilling
  • 4.1.5 Afdræning målt på 1-meter jordsøjler
  • 4.1.6 Sammenfatning og anbefalinger
• 4.2 Sorption
  • 4.2.1 Ammonium sorption
  • 4.2.2 Naphthalen sorption og desorption
  • 4.2.3 Sammenfatning og vurdering
• 4.3 Mikrobiel nedbrydning af BTX, phenol og methylphenoler
  • 4.3.1 Aerob og anaerob nedbrydning i forskellige jordlag ved høj og moderat stofkoncentration
• 4.4 Sammenfatning, umættet zone.

4.1 Geniltning

Tilstrækkelig tilførsel af ilt er en forudsætning for hurtig, aerob nedbrydning af forureningsstoffer. Idet der kun kan være få mg ilt opløst i vandet (infiltrationsvand eller jordvand), og iltdiffusionskoefficienten i vand er ca. 10.000 gange lavere end i luft, vil ilttilførsel (iltdiffusion) fra atmosfæren igennem jordens luftfyldte porehulrum typisk være afgørende for ilttilførslen til jorden. En effektiv ilttransport kræver et forholdsvis højt volumen af luftfyldte porer i jorden, samt at disse porer er sammenhængende (Moldrup et al., 2001) /18/.

For at vurdere mulighederne for geniltning på Hjørring Gasværk efter perioder med forceret udvaskning er der udført en række forsøg. Det drejer sig om forsøg til bestemmelse af iltdiffusionskoefficientens afhængighed af jordens luftfyldte porehulrum (og dermed af vandindholdet) samt forsøg til bestemmelse af, hvor hurtigt vandet dræner fra jorden og dermed tillader dannelse af sammenhængende luftfyldte porehulrum.

Der måles på jord udtaget fra forskellige dybder, som repræsenterer forskellige jordtyper på Hjørring Gasværk. Under iltdiffusionsforsøgene er der målt på både pakkede, siede prøver og på intakte (uforstyrrede) prøver for at vurdere, om målinger på pakkede prøver er repræsentative for de naturlige iltdiffusionsforhold. Der opstilles en simpel model til beregning af iltpenetreringstid for en givet jordlagstykkelse, og disse tider sammenlignes med de målte afdræningstider for at vurdere de begrænsende faktorer for geniltning.

Det skal bemærkes, at der er der lighed mellem følgende begreber og notationer anvendt i denne rapport i forhold til Miljøstyrelsens JAGG model jf. /8/ (Vejledning Nr. 6, 1998, Appendiks, side 229):

• Iltdiffusionskoefficient i fri luft (D₀) = Diffusionskoefficient af enten ilt eller en gasformig forureningskomponent i fri luft (D_L)
• Jordens relative iltdiffusionskoefficient (D_P/D₀) = Materialekonstanten (N)
• Jordens luftfyldte porøsitet (volumenandel af luft i jorden), ε = V_L
• Jordens vandfyldte porøsitet (volumenandel af vand i jorden), θ = V_V
• Jordens totale porøsitet (volumenandel af porehulrum i jorden), Φ = V_L+ V_V

4.1.1 Iltdiffusion målt på siet, pakket jord

Iltdiffusionskoefficienten (D_P; cm³ luftfyldt porehulrum cm-1 jord sek-1) som funktion af jordens luftfyldte porehulrum (e; cm³ luftfyldt porehulrum cm^-3 jordvolumen) blev målt på jord udtaget fra to dybder på Hjørring Gasværk, repræsenterende hhv. leret (3.5-4 m dybde) og sandet (7-8 m dybde) jord. Der blev anvendt jord uden synlige spor af forureningskomponenter.

Boks 4.1: Jordtekstur for jorde anvendt til iltdiffusionsforsøg (pakket jord).

Jorden blev lufttørret og siet (< 2 mm). Jorden blev derefter pakket i 100 cm³ prøveringe til de ovenfor angivne volumenvægte og til 3 (Hjørring 7-8m) eller 4 (Hjørring 3,5-4m) forskellige vandindhold. Måling af D_P som funktion af ε blev udført ved 20° C med atmosfærisk ilt (O₂) som eksperimentel gas efter metoden beskrevet i Schjønning (1985) /25/ og Moldrup et al. (2000a) /16/. Der blev udført dobbeltbestemmelse af D_P ved hvert vandindhold. Ved sideløbende målinger af iltforbrug i pakkede prøver påvistes, at jordenes naturlige O₂ forbrug maksimalt ville give en fejl i målt D_P på 1,5%.

Resultaterne af målingerne af D_P som funktion af e ses på figur 4.1. Til orientering kan det oplyses at D_P svarer til udtrykket N x D_L i Miljøstyrelsens JAGG-model jf. /8/. Iltdiffusionskoefficienten i jorden er angivet som D_P/D₀, hvor D₀ er iltdiffusionskoefficienten i fri luft (0,205 cm² luft sek-1 ved 20° C). En D_P/D₀ værdi på f.eks. 0,1 angiver dermed, at diffusionen i jorden ved det givne vandindhold vil være 10 gange langsommere end i fri luft. Hvis D_P ønskes angivet som funktion af volumetrisk vandindhold (θ; cm³ vand cm^-3 jordvolumen), er omregningen θ = Φ – ε, hvor Φer jordens porøsitet (værdier givet ovenfor).

Figur 4.1: Relativ iltdiffusionskoefficient, D_P/D₀, som funktion af luftfyldt porehulrum, e, målt på pakket Hjørring jord fra 7-8 m dybde (sandet) og 3,5-4 m dybde (leret). Desuden er vist beregninger med Marshall (1959) modellen (stiplet linie) og Moldrup et al. (2000a) modellen (fuldt optrukken linie).

Den stiplede linie på figur 4.1 er beregnet ud fra Marshall (1959) /13/ modellen, D_P/D₀ = ε^2/3, der forudsiger iltdiffusionskoefficienten i et tørt (0 % vand) homogent porøst medium. Den fuldt optrukne linie på figur 4.1 er beregnet ud fra den såkaldte "water-induced linear reduction" (WLR) model, udviklet af Moldrup et al. (2000a) /16/, der simplet inddrager den extra snoethed (og dermed reduceret iltdiffusion), som vandmeniskerne i jorden vil skabe. Forskellen mellem den stiplede og den fuldt optrukne linie beskriver dermed jordvandets bidrag til den samlede reduktion i iltdiffusionen. WLR modellen er,

D_P/D₀ = ε^2/3(ε/Φ) (4.1)

Det kan konkluderes ud fra figur 4.1, at iltdiffusionskoefficienten som funktion af luftfyldt porehulrum opfører sig tilnærmelsesvis ens i den sandede (7-8 m) og lerede (3,5-4 m) jord. Målingerne er perfekt beskrevet af en ny, fysisk baseret D_P(ε) model, der tager hensyn til de separate bidrag fra jordpartiklerne (det faste jordskelet) og jordvandet (der optræder som vandfilm og som menisker mellem jordpartiklerne). Målingerne på Hjørring Gasværk og på andre danske og amerikanske jorde (Moldrup et al., 2000a) /16/ viser klart, at en eventuel jordtypeeffekt på iltdiffusionskoefficienten vil forsvinde, hvis der anvendes pakket, siet jord til iltdiffusionsmålinger. Dette er meget interessant, da det modbeviser den gængse opfattelse i den internationale litteratur, hvor man ikke har skelnet mellem diffusionsmålinger foretaget på pakket, siet jord og på uforstyrrede jordprøver.

4.1.2 Iltdiffusion målt på uforstyrrede jordprøver

Iltdiffusionskoefficienten blev målt på uforstyrrede 100 cm³ jordprøver fra to uforstyrrede jordsøjler (1 m længde, 0,1 m diameter) udtaget i 4-5 m og 6-7m dybde i forbindelse med etablering af moniteringsboring M11. Der blev med stor omhu udtaget seks 100 cm³ jordprøver fra hvert af dybdeintervallerne 4,2-4,6 m, 6,0-6,4 m og 6,4-6,8 m, repræsenterende 3 forskellige jordtyper fra Hjørring Gasværk. Der blev anvendt jord uden synlige spor af forureningskomponenter.

Boks 4.2: Jordtekstur for jorde anvendt til iltdiffusionsforsøg (uforstyrret jord).

Iltdiffusionskoefficienten, D_P, blev målt ved 3 forskellige vandindhold svarende til afdræningspotentialer på hhv. -50 cm H₂O, -100 cm H₂O og –500 cm H₂O. Målemetoden var den samme, som er beskrevet i afsnit 4.1.1. For de uforstyrrede jordprøver kunne iagttages en jordtype-afhængighed på iltdiffusionsdata. Dermed var der som ventet brug for at inddrage de 3 jordtypers porestørrelsesfordeling i modelbeskrivelsen.

Porestørrelsesfordelingen blev målt via vandretentionsbestemmelse ved de 3 valgte afdræningspotentialer (-50 cm, -100 cm og -500 cm H₂O). Den anvendte metode (afdræning på hhv. sandboks og i vakuumgryde) er jf. Klute (1986) /12/. Campbell porestørrelsesfordelings-parameteren, b, blev bestemt som hældningen af retentionsdata (afdræningspotentiale versus volumetrisk vandindhold) plottet i et dobbelt-logaritmisk koordinatsystem (Campbell, 1974) /9/. Tabel 4.1 viser værdier af Campbell b samt luftfyldt porehulrum, ε, og relativ iltdiffusionskoefficient, D_P/D₀, ved de 3 afdræningspotentialer.

Tabel 4.1: Målte værdier af Campbell b samt luftfyldt porehulrum og relativ iltdiffusionskoefficient ved afdræningspotentialer på hhv. –50, -100 og –500 cm H₂O . Værdier i parentes angiver standard afvigelse af målinger på 6 prøver

De meget forskellige Campbell b værdier for de tre jordlag (tabel 4.1) underbygger, at der reelt er tale om tre meget forskellige jordtyper. Den relativt store standardafvigelse på D_P målingerne indikerer, at der er en udpræget jordstruktur og heterogenitet i alle tre jordlag. De forholdsvis lave D_P/D₀ værdier ved afdræningspotentialer på –50 cm og –100 cm H₂O (typisk svarende til naturlig markkapacitet) tyder på reduceret mulighed for geniltning i alle 3 jordtyper. D_P/D₀-værdierne mellem 0,002 og 0,01 ved markkapacitet svarer til mellem 100 og 500 gange langsommere iltdiffusion end i fri luft.

Traditionelt har man i de sidste 60 år anvendt jordtype-uafhængige modeller til at beskrive D_P som funktion af ε. De mest anvendte modeller er Penman (1940) /24/ modellen, D_P/D₀ = 0,66ε, og især Millington og Quirk (1961) /14/ modellen,

D_P/DO = e^10/3/Φ² (4.2)

hvor Φ er jordens porøsitet. Millington-Quirk D_P(ε) modellen anvendes bl.a. i den danske JAGG model (regnearksbaseret risikovurderingsmodel for forurenede grunde). Det bemærkes, at højresiden af formel 4.2 svarer til den såkaldte materialekonstant (snoethedsparameter), N, i JAGG modellen.

I den nyeste internationale litteratur er der sået tvivl om Penman og Millington-Quirk modellernes evne til korrekt at forudsige D_P(ε), og nye jordtype-afhængige modeller er foreslået (Moldrup et al. 1999, 2000b) /15,17/. Moldrup et al. (2000b)/17/ har foreslået en model, der tager hensyn til to jordtype/struktur parametre, nemlig det volumetriske indhold af store porer (ε₁₀₀; defineret som volumen af porer, der afdrænes ved –100 cm H₂O, svarende til porer større end 30 μm) samt Campbell porestørrelsesfordelings-parameteren (b). Moldrup et al. (2000b) modellen er,

D_P/D₀ = (2ε100³ + 0.04ε₁₀₀)(ε/ε₁₀₀)^2+3/b (4.3)

Figur 4.2 viser en sammenligning af målte og model-beregnede D_P/D₀-værdier for de 3 jordlag ved de 3 afdræningspotentialer, ved anvendelse af hhv. Penman (1940)/24/, Millington-Quirk (1961) /14/ og Moldrup et al. (2000b) /17/ modellerne. De anvendte værdier af ε₁₀₀ og b i Moldrup et al. modellen er givet i tabel 4.1. Det fremgår klart af figur 4.2, at den jordtype-afhængige model (Moldrup et al.) er mere nøjagtig end de to jordtype-uafhængige modeller, specielt omkring markkapacitet (-50 til –100 cm H₂O afdræningspotentiale; svarende til de 6 målepunkter længst til venstre i figur 4.2). Da vandindholdet i Hjørring jorden det meste af tiden vil befinde sig omkring markkapacitet (bortset perioder med forceret udvaskning, hvor jorden vil være vådere og iltdiffusionskoefficienten vil være tilnærmelsesvis 0), er det netop vigtigt at opnå en nøjagtig forudsigelse af D_P i dette vandindholdsinterval.

Figur 4.2: Sammenligning af målte og model-beregnede relative iltdiffusionskoefficienter for 3 jordlag (jordtyper) og 3 afdræningspotentialer i Hjørring jorden. MQ er Millington-Quirk. Hvert målepunkt repræsenterer en middelværdi af 6 målinger.

Ulempen ved D_P(ε)-modellen udviklet af Moldrup et al. (2000b) (ligning 4.3) er dens større krav til input-parametre (makropore-porøsiteten, e100, og porestørrelsesfordelingen beskrevet ved Campbell b). Hvis makroporøsiteten ikke er målt, kan i stedet anvendes den omtrent lige så nøjagtige såkaldte Burdine-Buckingham-Campbell D_P(e) model udviklet af Moldrup et al. (1999) /15/. Hvis hverken ε₁₀₀ eller b er kendt, kan jordtypen skønnes (sandet, siltet eller leret), og b anbefales sat til 3 for en grovsandet jord, 5 for en finsandet jord, 8 for en siltet jord og 12 for en leret jord. Dette vil stadigvæk i de fleste tilfælde give betydeligt mere nøjagtige D_P(ε) beregninger i forhold til brug af Millington-Quirk (1961) /14/ modellen. Det er ikke overraskende, idet Millington-Quirk modellen (ligning 4.2) er udledt under en simplificeret antagelse om, at jorden består af homogent fordelte partikler med samme diameter.

Det kan konkluderes, at iltdiffusionskoefficienterne målt ved vandindhold tæt på naturlig markkapacitet for 3 forskellige jordlag (jordtyper) på Hjørring Gasværk var lave (100-500 gange lavere end i fri luft). En ny jordtype-afhængig D_P(ε) model gav gode forudsigelser af målte data, hvorimod de traditionelt anvendte (jordtype-uafhængige) modeller var unøjagtige. Måledata for Hjørring Gasværk og 25 andre danske og europæiske jorde har bevist, at det er nødvendigt at anvende de nye jordtype-afhængige modeller for D_P(ε), hvis der skal opnås realistiske forudsigelser af iltdiffusion i naturlige, uforstyrrede jordsystemer (Moldrup et al., 2000b, 2001) /17, 18/.

4.1.3 Simpel model for iltdiffusion og geniltningstid

Ved en numerisk analyse af den såkaldte Eistein-Smoluchowski løsning til Fick's 1. lov for diffusion i et porøst medium er udviklet en simpel model til at beskrive den potentielle ilttransporttid gennem en given afstand i jorden, hvor startkoncentrationen af ilt ved øvre rand er konstant i tiden (for eksempel lig atmosfærekoncentrationen). Modellen er,

T_IP = Z²ε/(D_P(-7,6Log(C/C0)-2,1)), gældende for 0,01 < C/C₀ < 0,20 (4.4)

hvor T_IP er potentiel geniltningstid ("iltpenetreringstid") i døgn, Z er afstanden i jorden i cm, e er jordens luftfyldte porehulrum i cm³ luftfyldte porer cm^-3 jord, D_P er iltdiffusionskoefficienten i jorden (målt eller beregnet fra ligning 4.3) i cm² døgn^-1, C₀ er den konstante kildestyrke af ilt ved øvre rand (typisk sat til atmosfærekoncentration af ilt), og C er den iltkoncentration, der defineres som svarende til reel iltpenetrering.

Det skal bemærkes, at ligning 4.4 kun er gældende inden for intervallet 0,01 < C/C₀ < 0,20 og vil inden for dette interval have en maksimal beregningsusikkerhed på 2-4% i forhold til at bruge en numerisk løsning til Fick's 1. lov. Ligning 4.4 er navngivet Modificeret-Einstein-Smoluchowski (MES). MES modellen kan bruges til en hurtig og forholdsvis nøjagtig overslagsberegning over ilttransporttider i jord.

Med udgangspunkt i iltdiffusions-målingerne for de tre jordlag (jordtyper) i tabel 4.1, er beregnet iltpenetreringstider for en jordlængde på 1 meter (og er dermed sammenlignelig med de vandafdræningsforsøg, der beskrives i afsnit 4.1.5). Ved beregningerne er anvendt D₀ = 713 cm² døgn^-1 ved normal jordtemperatur, Z = 100 cm og C/C₀ = 0,05, hvor Co er atmosfærisk iltkoncentration (∼ 20,9 vol %).

En relativ iltkoncentration på 0,05 skønnes at være høj nok til at repræsentere reel iltpenetrering i forhold til biologisk omsætning /45/. Iltdiffusionskoefficienten i jorden, D_P, er udregnet fra ligning 4.3, hvor værdier for makropore-porøsitet (ε₁₀₀) og porestørrelsesfordeling (Campbell b) for hvert af de tre jordlag er givet i tabel 4.1.

Figur 4.3 viser beregningerne af iltpenetreringstid som funktion af luftfyldt porehulrum for de tre jordtyper i tabel 4.1. Det ses, at en stigning i det luftfyldte porehulrum vil medføre et stærkt fald i geniltningstid samt, at geniltningstiden i dette tilfælde er mindre afhængig af jordtype, fordi alle tre jordlag i tabel 4.1 har omtrent samme makropore-porøsitet. Typisk vil jordene ved naturlig vandindhold (markkapacitet) have et indhold af luftfyldte porer i intervallet 0,05 – 0,15 cm³ cm^-3 (tabel 4.1) svarende til iltpenetreringstider på ca. 1-4 døgn (figur 4.3) igennem 1 m jord.

Figur 4.3: Iltpenetreringstid pr. meter jord som funktion af luftfyldt porehulrum for de 3 jordlag i tabel 3.1, beregnet vha. MES modellen (ligning 3.4). Værdier for porestørrelsesfordeling og makropore-porøsitet: Jord I har b = 3,1 og ε₁₀₀ = 0,093, jord II har b = 5,45 og ε₁₀₀ = 0,105, og jord III har b = 10,29 og ε₁₀₀ = 0,070. Det typiske interval for luftfyldt porehulrum ved naturlig markkapacitet for de 3 jordlag er angivet ved de to vertikale linier.

Målinger af vandretention ved forskellige afdræningspotentialer (målt på kaolinboks i intervallet -200 H₂O til - 800 cm H₂O) på siet, pakket jord (100 cm³ prøveringe) udtaget fra hver meters dybde fra boring M11 gav Campbell b værdier mellem ca. 2 (8-10 meters dybde) og 4.7 (0,5-2 meters dybde) (Hansen og Nielsen, 1998)/11/.

Porestørrelsesfordelingen (angivet ved Campbell b) som funktion af dybden ved boring M11 er vist på figur 4.4. Målingerne af Hansen og Nielsen er angivet med cirkel og målingerne præsenteret i afsnit 4.1.2 er angivet med trekant. Der er generelt tale om b-værdier mellem 2 og 6 med en enkelt meget højere b-værdi, i god overensstemmelse med, at finsandet jord med varierende indslag af silt og ler er den dominerende jordtype på grunden.

Figur 4.4: Porestørrelsesfordeling (Campbell b) som funktion af dybden ved boring M11, målt på hhv. pakkede jordprøver (cirkler) og intakte jordprøver (trekanter). Hvert punkt repræsenterer en middelværdi af 3 (cirkler) eller 6 (trekanter) målinger.

Målinger på pakket jord vil typisk underestimere vandretentionen (og dermed b værdien) en smule i forhold til målinger på uforstyrrede prøver. Derfor vil kurverne for jordtype I (b = 3,1) og II (b= 5,45) på figur 4.3 formentlig være repræsentative for iltdiffusionen i det meste af dybdeprofilet i den umættede zone på Hjørring Gasværk.

Idet geniltningstiden er proportional med dybden i anden (ligning 4.4), vil geniltningstiden for hele den umættede zone på ca. 10 m være ca. 100 gange større end værdierne angivet på figur 4.3. Dermed er der tale om potentielle geniltningstider mellem 100 og 400 døgn for hele den umættede zone. Det kan således konkluderes, at der under perioder med forceret udvaskning har været en meget begrænset diffusion af ilt igennem den umættede zone, idet de korte perioder (maksimalt 3 uger) uden infiltration ikke har været lang tid nok til at opnå en væsentlig iltpenetrering fra atmosfæren.

Idet Hjørring jorden i det meste af profilet er meget finsandet og næsten uden grovsand, vil jorden typisk have et lavt indhold af luftfyldte porer ved markkapacitet (under 15 vol.% ∼ 0,15 cm³ cm^-3), hvilket giver langsom iltdiffusion i jordens gasfase. Ud fra et kriterium om en rimelig hurtig geniltning efter infiltration, vil forceret udvaskning kun kunne anbefales på jorde, der har et luftfyldt porehulrum > 20 vol. % ved markkapacitet (typisk svarende til jorde med et betydeligt indhold af grovsand og et indhold af ler + silt under 10%). Luftfyldt porehulrum ved markkapacitet bør måles på samtlige jordtyper/jordlag på en lokalitet, før det vurderes, om lokaliteten er egnet til forceret udvaskning.

4.1.4 TDR-moniteret afdræningsopstilling

Afdræning på jordsøjler fra 2 dybder på Hjørring Gasværk blev målt med Time Domain Reflectometry (TDR) måleprober indsat med ca. 10 cm mellemrum i jordsøjlerne. TDR-måleprincippet går ud på, at der via en step-puls-generator indbygget i en kabeltester sendes elektromagnetiske bølger gennem 2 eller flere tynde metalstænger (probeben) indsat i jorden. Reflektionen af de elektromagnetiske bølger bliver registreret på kabeltesteren ved hjælp af en sampler og et oscilloskop.

Udbredelses-/reflektionshastigheden er proportional med jordens volumetriske vandindhold, idet vand har en dielektrisk konstant, der er 20-40 gange større end jordpartiklernes.

TDR-teknikken tillader en omtrent kontinuert måling af vandindholdet i jorden, der omgiver probebenene, uden anden forstyrrelse af jorden end den, der sker ved installationen af de tynde probeben i jorden.

Overblik over TDR teknikken og dens virkemåde er givet i i Nissen og Møldrup (1995) /20/ og Nissen (1997) /19/. Udvikling og anvendelse af forskellige nye TDR probetyper er beskrevet i Nissen et al. (1998, 1999) /21, 22/.

Måleopstilling til afdræningsforsøg, herunder placering og tilslutning af TDR prober, er vist på figur 4.5. Der blev anvendt en såkaldt to-bens probe bestående af to parallelle stålstænger (2 mm i diameter) med en indbyrdes afstand på 20 mm og en længde på 120 mm hvoraf 102 mm var i direkte kontakt med jorden. Dette sikrer en høj målefølsomhed omkring probebenene, samt at målevolumen for de enkelte TDR prober ikke overlapper hinanden (Nissen et al., 2001). To 1-meter søjler blev anvendt til forsøget med jord fra hhv. 5-6 meters dybde (leret finsand) og 9-10 meters dybde (sand)

Boks 4.3: Jordtekstur og hydraulisk ledningsevne for jordsøjler anvendt til afdræningsforsøg.

Begge jordsøjler blev opvædet langsomt nedefra og op for at reducere det luftfyldte porevolumen til et minimum. Efter at vandmætning var nået i begge søjler, udførtes forsøg til bestemmelse af jordens mættede hydrauliske ledningsevne. En fast trykhøjde imellem søjlernes ind- og udløb blev etableret, og vandfluxen igennem jordsøjlerne blev bestemt ved at veje den udstrømmende mængde vand som funktion af tiden (se figur 4.5a).

Jordens mættede hydrauliske ledningsevne kunne herefter beregnes ved at indsætte trykhøjde, vandflux, og jordsøjlernes dimensioner i Darcy's lov. Efterfølgende blev jordsøjlerne sat til afdræning. Vægten placeredes således, at vandfluxen ud af søjlerne under fri afdræning kunne måles som funktion af tiden. For at reducere fordampningen fra søjlens top, men samtidig tillade tilførslen af luft, monteredes en kanyle for enden af et stykke slange til søjlens indløb.

Søjlerne fik lov at dræne i minimum 3 uger. Den tidslige udvikling i søjlernes vandindhold fulgtes ved hjælp af TDR proberne. I starten af afdræningsforsøget, hvor dynamikken forventedes at være størst, blev vandindholdet målt hvert 15. minut, men senere i forløbet blev måleintervallet sat op til en time.

Ved afslutningen af afdræningsforsøget blev søjlerne skåret op og sektioneret. Jordens gravimetriske vandindhold og volumenvægt blev bestemt som funktion af dybden, hvorved det volumetriske vandindhold kunne beregnes. Kendskabet til jordens volumenvægt og vandindholdet i jorden før tilsætning af vand muliggjorde endnu en beregning af jordens volumetriske vandindhold. Disse to "referencevandindhold" i de pågældende dybder, hvor TDR proberne var placeret (se figur 4.5), blev anvendt til at kalibrere TDR proberne.

Figur 4.5: TDR-moniteret afdræningsopstilling (a) skitse og (b) foto. Den viste opstilling (a) er gældende for forsøget til bestemmelse af jordens mættede hydrauliske ledningsevne samt opvædningen af jordsøjlerne. I afdræningsforsøget moniterer vægten vandfluxen ved jordsøjlens bund og vandtilførslen afbrydes. Alle mål er i mm.

4.1.5 Afdræning målt på 1-meter jordsøjler

Figur 4.6 viser de TDR-målte vandindholdsprofiler i de to søjler efter vandmætning efterfulgt af 3 ugers fri afdræning. Ud fra de målte vandindhold og total porøsitet i hver dybde, kan det luftfyldte porehulrum beregnes (figur 4.6). For at have et sammenhængende luftfyldt porehulrum og dermed effektiv iltdiffusion, skal det luftfyldte porehulrum være minimum 0,10 – 0,15 cm³ luftfyldt porehulrum pr. cm³ jordvolumen. Dette er efter 3 ugers afdræning kun opnået for den øverste halvdel af den sandede jordsøjle og slet ikke for den lerede/finsandede jordsøjle. Figur 4.7 viser den tidslige udvikling i hhv. TDR-målt vandindhold og derudfra beregnet luftfyldt porehulrum i tre dybder (8,25, 24,75, og 49,5 cm under overfladen) i jordsøjlen med leret finsand. Der blev ikke opnået et luftfyldt porehulrum på 0,15 cm³/cm³ nogetsteds i søjlen i løbet af de tre ugers afdræning.

For den sandede søjle var der en afdræningstid (tid for at opnå 0,15 cm³ luftfyldt porehulrum/cm³ jordvolumen) på ca. 2,5-3 uger for 0,5 m jorddybde 5-6 uger/m. Dette er langsommere end de iltpenetreringstider på ca. 1-4 døgn/m, der er beregnet ud fra ligning 4.4 (se figur 4.3). Dette viser, at den langsomme afdræning i den finsandede jord på Hjørring Gasværk har været begrænsende for ilttilførslen fra atmosfæren i 3 ugers perioderne mellem infiltrationen.

Figur 4.7: TDR-målt udvikling i vandindhold og derudfra beregnet udvikling i luftindhold i tre dybder i løbet af 3 uger i søjlen med leret finsand. Bemærk de forskellige akser for vand- og luftindhold. De angivne dybder (Z) er i cm

Figur 4.6: (a) TDR-målte vandindholdsprofiler og
(b) derudfra beregnede luftindholdsprofiler efter 3 ugers afdræning i søjler med hhv. sand og leret finsand.

4.1.6 Sammenfatning og anbefalinger

Ud fra de gennemførte målinger på jord fra forskellige dybder på Hjørring Gasværk sammenholdt med målinger på andre danske og udenlandske jorde kan der konkluderes følgende:

Måling af iltdiffusions-koefficienter på siet, pakket jord vil ikke være repræsentativ for iltdiffusionen i naturlige, uforstyrrede jordsystemer.

Pålidelig beregning/forudsigelse af iltdiffusionskoefficienten i et naturligt, uforstyrret jordsystem kræver en jordtypeafhængig D_P() model. Modellerne af Moldrup et al. (1999) /15/ og (2000b; ligning 4.3) /17/ kan anbefales. Det specifikke modelvalg afhænger af de til rådighed værende inputparametre.

En simpel model til overslagsberegning af iltpenetreringstid er foreslået (MES modellen, ligning 4.4). Anvendelse af ligning 4.4 er simpel og forholdsvis nøjagtig (inden for 2-4 %) i forhold til at anvende en kompleks analytisk eller numerisk løsning til Fick's 1. lov. Dermed kan opnås et hurtigt overblik over relevant tidsskala for diffusionsstyret geniltning, for en given kombination af jordtyper og jorddybder.

De TDR-moniterede vanddræningsforsøg på 1-meter søjler viste, at afdræningen på Hjørring Gasværk vil være langsom med afdræningstider på minimum 5-6 uger pr. meter jorddybde, før et tilstrækkeligt luftfyldt porehulrum for naturlig geniltning er etableret.

Grunden til de høje afdrænings- og geniltningstider er, at jorden på Hjørring Gasværksgrund er næsten uden grovsand (> 500 μm partikler). Den dominerende jordtype er finsand (< 500 μm) med indslag af silt og ler, hvilket giver lavere iltdiffusionshastigheder og vandafdræningshastigheder, end hvad normalt ville forventes for en typisk sandet jord. Det bør derfor pointeres, at Hjørring jorden er finsandet med langsommere vandtransport og gasdiffusion i forhold til en typisk sandjord.

Efter den forcerede udvaskning er ophørt, må der dog forventes en rimelig dræning og geniltning efter 9-12 måneder (vurderet ud fra MES modellen, formel 4.4, for et jordprofil på 10 m), hvorefter der formodes at være tilfredsstillende ilttilførsel til aerob nedbrydning af restkoncentrationer af miljøfremmede stoffer i den umættede zone på grunden.

Det skal dog bemærkes, at der ved en hurtig test på den geotekstil, som er udlagt i forbindelse med infiltrationsanlægget som ventet blev konstateret stor permeabilitet over for vand, hvorimod afdræningen forekom langsom. Hvis geotekstilen efter en vandmætning (efter infiltration) ikke forholdsvis hurtigt afdræner, så der bliver skabt 15-20 volumenprocent luftfyldt porehulrum i geotekstilen, kan denne blive en begrænsende barriere mod en effektiv geniltning af det underliggende jordprofil.

På Hjørring Gasværk er geotekstilen imidlertid placeret over infiltrations-niveauet med henblik på at sikre det højpermeable infiltrationslag mod opblanding med den overliggende råjord og er derfor kun påvirket af den naturlige infiltration fra nedbør.

Det anbefales imidlertid, at der ved anvendelse af geotekstiler på grunde, hvor naturlig nedbrydning helt eller delvist anvendes til oprensning, bør den anvendte geotekstil ikke blot testes for tilstrækkelig vandpermabilitet men også for afdræning (vandretention) og evt. iltdiffusion ved forskellige afdræningspotentialer. Samtidig bør det sikres, at den overliggende råjord er tilstrækkeligt sandet, således at råjorden ikke udgør den begrænsende faktor for iltdiffusionen.

4.2 Sorption

Sorptionsprocesser kan være af afgørende betydning for både transport- og nedbrydningsprocesser, for eksempel vil en høj sorption nedsætte transporthastigheden men samtidigt betyde lavere biotilgængelighed.

Sorptionen påvirker transporten af forureningsstofferne og derved de elektronacceptorer, der er nødvendige for at nedbrydning af forureningsstofferne foregår.

I den første driftsperiode med forceret udvaskning på Hjørring Gasværk (fase 1) blev kvælstof tilført i form af natriumnitrat for at øge tilgængeligheden af næringssalte jf. /7/. Nitrat er et meget mobilt stof der reelt ikke tilbageholdes i jorden, fordi jordpartiklerne, ligesom nitrat, er negativt ladet.

Der er målt betydelige koncentrationer af ammonium på grunden som forventet i forbindelse med de produktionsprocesser, der har fundet sted. Ammonium er positivt ladet og vil blive tilbageholdt via kationbytning til mineralske partikler (især ler) og organisk stof, dog afhængig af koncentrationen af andre kationer i jordvæsken.

Ammonium vil påvirke iltforbruget (ved oxidation af ammonium til nitrat) i de dybder, hvortil den når, og vil således også være med til at styre redoxforholdene i jorden. For at vurdere mobiliteten af ammonium i forhold til nitrat er der i forbindelse med dette projekt foretaget sorptionsforsøg til bestemmelse af sorptionsisothermer for ammonium på 3 jordlag fra den umættede zone og 1 jordlag fra den mættede zone.

Moniteringsdata indikerer som ventet at BTX- og phenol-forbindelserne er meget mobile og kun sorberer i beskedent omfang. I stedet er der udført både sorptions- og desorptionsforsøg med naphthalen (2-ringet PAH) for at vurdere Hjørring jordens potentiale for at sorbere og immobilisere hydrofobe organiske forbindelser (Gamst et al., 2001) /10/. Der er målt sorptions- og desorptionsisotermer på 2 jordtyper/ jordlag fra den umættede zone.

4.2.1 Ammonium sorption

Sorption af ammonium blev målt som funktion af væskekoncentrationen på jord udtaget fra fire forskellige dybder på Hjørring Gasværk, repræsenterende jorden lige under fyldlaget (1-1,5 m dybde), den lerede del af umættet zone (6-8 m dybde), den sandede del af umættet zone (8-9 m dybde) samt jord fra grundvandszonen (10-11 m dybde), alle udtaget fra boring M16.

Jordkarakteristika er ikke målt for de fire jorde, men jorden fra 6-8 m dybde er formentlig en del af den silt og ler linse, som også jorden fra 3,5-4 m fra boring M11 (afsnit 4.1.1, se boks 4.1) er en del af. De tre øvrige jorde er finsand med jordkarakteristika meget lig jorden fra 7-8 m dybde i boring M11 (afsnit 4.1.1, se boks 4.1). Ammonium sorption blev målt med dobbeltbestemmelser i hvert forsøg. 10 g lufttørret og siet (<2 mm) jord blev afvejet og efterfølgende tilsat 50 ml 0,01 M CaCl₂ med 9 forskellige startkoncentrationer af NH₄⁺. Den i forsøget anvendte ionstyrke modsvarer tilnærmelsesvist den faktiske ionstyrke i infiltrationsvandet på Hjørring Gasværk (recirkuleret grundvand).

Baggrundskoncentration af i forvejen sorberet ammonium i jordene blev målt ved at tilsætte 50 ml 1M KCl til 10 g lufttørret jord, herved bliver den altovervejende del af NH₄⁺ ionerne, der naturligt er sorberet til jorden, ekstraheret i en ionbytningsreaktion med K+ ionen. Suspensionerne blev rystet på rystebord i 1 time, og udtagne prøver af supernantanten blev centrifugeret og filtreret gennem et Whatman GF75 filter. NH₄⁺ koncentrationen blev målt på Technicon TRAACS 800 TM Autoanalyzer. Den sorberede mængde NH₄⁺ blev beregnet ud fra den mængde, der blev fjernet fra væskefasen samt den naturlige baggrundskoncentration.

Sorptionsisotermerne for de fire forskellige jorde er afbildet som den sorberede mængde NH₄⁺ som funktion af væskekoncentrationen og fremgår af figur 4.8. Under antagelse af, at en tilsvarende ligevægt vil indstille sig mellem NH₄⁺ i porevandet og jordpartiklerne, er det muligt ud fra figur 4.8 at vurdere, hvor mobilt NH₄⁺ er på Hjørring Gasværk.

Figur 4.8: Målte sorptionsisotermer for fire jorde udtaget i M16. Hvert punkt repræsenterer middelværdien af to målinger.

Jorden fra 6-8 m dybde med det største indhold af ler og silt er i stand til at sorbere større mængder af NH₄⁺ end de øvrige tre jorde. Dette er forventeligt, da lerede-siltede jorde typisk har større overfladeareal og kationbytningskapacitet (CEC) end sandede jorde. De målte sorptionsisotermer beskrives for alle fire jorde bedst ud fra Freundlich isotermen.

Sorptions-isotermerne til de tre sandede jorde er stort set identiske, hvilket kunne indikere, at de mineralske jorD_Partiklers egenskaber på Hjørring Gasværk er meget homogene. Silt- og lerlinsen, som syntes at være gennemgående på grunden, vil dog have anderledes egenskaber. De målte sorptionsisotermer beskrives for alle fire jorde bedst ud fra Freundlich isotermen,

S=K_FCⁿ (4.5)

hvor S er koncentration af det sorberende stof (mg kg^-1), C er væske koncentrationen (mg L^-1), K_F er Freundlich koefficienten (mg^(1-n) Lⁿ kg^-1), og n er Freundlich eksponenten. KF og n for de fire jorde er givet i tabel 4.2. I tabel 4.2 er også den lineære sorptionskoefficient KD angivet beregnet ud fra

S=KDC (4.6)

Ud fra KD værdien kan tilbageholdelsesfaktoren ("retardation factor"), R, for NH₄⁺ i de forskellige jorddybder beregnes. Tilbageholdelsesfaktoren anvendes til at vurdere mobiliteten af NH₄⁺ i forhold til vandfronten, og R udtrykker hvor mange gange langsommere NH₄⁺ vil bevæge sig gennem jorden i forhold til vand eller et ikke sorberende stof som nitrat,

(4.7)

hvor ρ_b er volumenvægten (ca. 1,6 g cm^-3), og er det volumetriske vandindhold (sat til typisk vandindhold ved markkapacitet plus 5 %, θ= 0,35 cm³ cm^-3).

Tabel 4.2: Parameter værdier opnået ved best-fit af henholdsvis Freundlich sorptionsparametre (K_F og n) og den lineære sorptionskoefficient (K_D) til ammonium sorption. Vist for de fire jorde udtaget i boring M16. Desuden er tilbageholdelses faktoren (R) beregnet for de fire jorde.

Som det fremgår af værdierne for Freundlich koefficienten, n, er sorptionsisortermerne langt fra lineære (n<<1), hvorfor de beregnede tilbageholdelsesfaktorer skal anvendes med stor forsigtighed. For de sandede lag er R beregnet til 3,4-4,3, hvilket indikerer, at vandet i jorden og derved også nitrat, som ikke sorberer til jorD_Partikler, vil bevæges ca. 4 gange så hurtigt som ammonium. I ler/silt laget vil tilbageholdelsen af ammonium dog medføre, at stoffet bevæger sig op til 9 gange langsommere end nitrat.

Ud fra NH₄⁺ sorptionsforsøgene kan det konkluderes, at ammonium er relativt mobilt. Dog skal det bemærkes, at vurderingen af mobiliteten ud fra R (ligning 4.7) er usikker, fordi sorptions-isotermen ikke er lineær, og R vil reelt stige med faldende koncentration af ammonium. Af figur 4.8 fremgår det endvidere, at ved moderate koncentrationer sorberer sandjorden fra 10-11 m dybde kraftigere end eksempelvis lerjorden fra 6-8 m, hvilket klart indikerer, at R skal tages med et vist forbehold.

4.2.2 Naphthalen sorption og desorption

Sorption og desorption af naphthalen blev målt for to jorde udtaget fra henholdsvis 3,5-4 m dybde og 7-8 m dybde i M11 på Hjørring Gasværk (jordkarakteristika, se afsnit 4.1.1 og Boks 4.1).

Naphthalen sorption og desorption blev målt med C14 mærket naphthalen, og for hvert målepunkt blev der udført trippel bestemmelser. 20 g lufttørret og siet (<2 mm) jord blev afvejet og efterfølgende tilsat 25 ml 0,01 M CaCl₂ med 7 forskellige start koncentrationer af naphthalen for 3,5-4 m jorden og 4 forskellige start koncentrationer for 7-8 m jorden. Suspensionerne blev omhyggeligt roteret med 50 rpm i 2 døgn, og udtagne prøver af supernantanten blev centrifugeret og efterfølgende analyseret ved hjælp af "liquid scintillation counting" (Packard 1600 TR).

Kinetikforsøg med 2 forskellige startkoncentrationer viste, at der tilnærmelsesvis var opnået sorptionsligevægt efter 2 døgn.

For to af koncentrationerne ved 3,5-4 m jorden og én af koncentrationerne ved 7-8 m jorden blev 17 ml af supernantanten efterfølgende erstattet af 17 ml 0,01M CaCl₂ uden naphthalen og på ny blev prøverne omhyggeligt roteret med 50 rpm i 2 døgn, hvorefter det første desorptionstrin kunne måles. Op til 7 desorptionstrin blev målt i hver af desorptions isotermerne.

Sorptionsisotermerne for de to forskellige jorde er afbildet som den sorberede mængde naphthalen som funktion af væskekoncentrationen og fremgår af figur 4.9. Ud fra sorptions- og desorptionsisotermerne kan der foretages en vurdering af mobiliteten af naphthalen og tilsvarende stoffer på Hjørring Gasværk.

Figur 4.9: To døgns naphthalen sorption efterfulgt af to døgns desorptionstrin for (a) Hjørring sand fra 7-8m dybde og (b) Hjørring ler fra 3,5-4m dybde, begge jorde udtaget fra M11. Ved (b) er det lave koncentrationsområde forstørret op. Sorptions- og desorptions- forløbet er modelberegnet (best-fit til målte data) ved hjælp af en "tw° Compartment" model (Gamst et al., 2001).

Sorptionsisotermerne for de to jorde kan bedst beskrives ved Freundlich isotermen, begge isotermer udviser dog større grad af linearitet end ammonium sorptionsisotermerne, værdierne for K_F,A, n_A og K_D er angivet i tabel 4.3. I tabel 4.3 er endvidere angivet Freundlich parametrene for desorptions isotermerne, og det fremgår, at desorptionsisotermerne i udpræget grad er ikke-lineære (n<<1).

§ Beregnet ud fra desorptionsisoterm i lavt koncentrationsområde

§§ Beregnet ud fra desorptionsisoterm i højt koncentrationsområde

Tabel 4.3: Parameter værdier opnået ved best-fit af henholdsvis Freundlich sorptionsparametre (K_F og n), A indikerer sorptions isotermer og D indikerer desorptions isotermer, og den lineære sorptionskoefficient (K_D) til naphthalen sorption. For de to jorde udtaget i boring M11. Desuden er tilbageholdelses faktoren (R) beregnet for de to jorde.

Sorptionskapaciteten er for begge jorde lav. K_D er for jorden fra 3,5-4 m dybde 0,19 L kg^-1 og for jorden fra 7-8 m dybde 0,14 L kg^-1. Dette svarer til R-værdier (ligning 4.7) på henholdsvis 1,9 og 1,6. Tilbageholdelsen af naphthalen i jorden vil pga. den lave R-værdi være lille, hvorfor naphthalen vil være mobilt.

Dog fremgår det af figur 4.9, at desorptionsisotermerne adskiller sig radikalt fra sorptionsisotermerne og udviser kraftig hysterese (forskel mellem sorption og desorption). Dette indikerer, at selvom kun en lille del af stoffet sorberes, så er den del til gengæld meget hårdt bundet. Mobiliteten af naphthalen er derfor meget svær at vurdere, idet fronten vil bevæges relativt hurtigt gennem jordmatricen, men efterhånden som det sorberes, vil det til gengæld kun frigives meget langsomt, hvilket vil influere på oprensningstiden af grunden.

På figur 4.9 er sorptions- og desorptionsisotermerne modelleret ved hjælp af en "tw° Compartment" model, der tager hensyn til, at sorption foregår til både let-tilgængelige sites (ligevægtssorption) og til svært tilgængelige sites (beskrevet med udgangspunkt i, at sorption er diffusionsstyret). Det fremgår af figur 4.9, at der er opnået en god modelbeskrivelse af de målte data. For en nærmere gennemgang af modellen og modelberegningerne se Gamst et al. (2001)/10/. De optimerede modelparametre kunne ikke anvendes til at forudsige sorptions- og desorptionsprocesser målt ved andre tidsskalaer, hvilket i udpræget grad blev forårsaget af den stærke hysterese, som Hjørring jorden udviser (Gamst et al., 2001) /10/.

4.2.3 Sammenfatning og vurdering

Ud fra ammonium sorptionsmålinger og naphthalen sorption og desorptions målinger kan det konkluderes at:

Ammonium tilbageholdes til en vis grad i jorden, men mobiliteten vurderes at være så stor, at en signifikant del af den mængde, der er mobiliseret under den forcerede udvaskning i vid udstrækning, findes på opløst form.

Naphthalen sorberer kun i ringe omfang til Hjørring jorden, hvilket hovedsageligt skyldes det lave indhold af organisk kulstof i jordene (typisk 0,07% - 0,18%). Sorberet naphthalen vil kun i mindre omfang frigives på grund af udpræget hysterese.

4.3 Mikrobiel nedbrydning af BTX, phenol og methylphenoler

Som grundlag for at vurdere den mikrobielle nedbrydning af udvalgte stoffer i den umættede og mættede zone på Hjørring Gasværk er der udtaget en række intakte sedimentprøver ned gennem jordprofilet fra området omkring den mest forurenede boring (M7) samt i randområdet mod syd, hvor der ikke er konstateret forurening. Med udgangspunkt i disse prøver er der gennemført en række forsøg på prøver fra hhv. umættet og mættet zone.

Der er fokuseret på BTX, phenoler og methylphenoler under aerobe og anaerobe (nitrat reducerende) redoxforhold ved høje (10-15 mg/l), moderate (1-2 mg/l) og lave (0,2 mg/l) stofkoncentrationer.

I den umættede zone er målingerne af den mikrobielle nedbrydning begrænset til batch forsøg med phenol og methylphenoler under aerobe og denitrificerende forhold. Prøverne er udtaget hhv. 3 og 5 m u.t. i boring M12.

Batch forsøgene er udført ved 10°C i gastætte serumflasker anbragt på rystebord (60 rpm). Der er anvendt et jord/væske vægtforhold på 1:3.5 og et gas/ væskeforhold på 2:1. I de aerobe forsøg er iltindholdet gennem inkubationerne holdt større end 50 % af atmosfærekoncentration. I de anoxiske forsøg er flaskerne udgasset med N₂ og sikret en nitratkoncentration i væskefasen svarende til min. 2 x beregnet forbrug af elektronacceptor ved fuld omsætning.

4.3.1 Aerob og anaerob nedbrydning i forskellige jordlag ved høj og moderat stofkoncentration

Under aerobe forhold blev phenol og methylphenoler ved høj stofkoncentration (10 mg/l) nedbrudt i løbet af 2-3 døgn, og der var ingen væsentlig forskel i nedbrydningstid inden for enkeltstofferne phenol, p-methylphenol (p-cresol) og o- methylphenol (o-cresol) (Christensen et al., 1998) /29/ /30/.

Sammenlignende målinger af nedbrydningspotentialet i forskellige lag af den umættede zone (3 og 5 m) viste kun ringe variation i nedbrydningstiden. De to undersøgte dybder fra den umættede zone repræsenterede henholdsvis de dominerende finsandede lag og indslag af mere siltholdige lag (Christensen et al.,1998) /29/.

Tilsvarende målinger af nedbrydningspotentialet blev foretaget under denitrificerende forhold ved høj (10 mg/l) og moderat (1 mg/l) stofkoncentration. Nedbrydningstiden varierede fra 13 dage til mere end 35 dage (se tabel 4.10).

Figur 4.10: Anaerob nedbrydning af moderate koncentrationer (1 mg/l) af udvalgte phenoler under denitrificerende forhold. Batchforsøg med sandet jord fra den umættede zone (M12, 3m dybde) inkuberet ved 10 °C.

Figur 4.10 viser et typisk nedbrydningsforløb for moderate koncentrationer (1 mg/l) af phenol, p-methylphenol (p-cresol), o- methylphenol (o-cresol) fra det sandede lag i den umættede zone.

O-methylphenol blev omsat væsentligt langsommere end p-methylphenol og phenol og tilsyneladende stimulerede tilstedeværelsen af phenol og p-methylphenol nedbrydningen af o-methylphenol (Blicher og Gerlif, 1999; Thomsen, 1999) /27, 37/. Også i andre undersøgelser er o-methylphenol fundet svært eller ikke-nedbrydelig under denitrificerende forhold. Flyvbjerg fandt således, at o-methylphenol kun blev omsat cometabolsk med toluen som primærsubstrat (Flyvbjerg, 1992) /32/.

Der var heller ikke under denitrificerende forhold stor variation i nedbrydningspotentialet (< faktor 2) mellem sandede og mere siltede lag (Blicher og Gerlif, 1999) /27/.

Nedbrydningsforløbet både ved høje og moderate koncentrationer (10 og 1 mg/l) viste stigende nedbrydningshastighed over tid, med eksponentielt faldende stofkoncentration.

Dette er typisk for jord- og grundvandsprøver med lav start biomasse af aktive nedbrydere. Ved tilførsel af organisk stof i koncentrationer, der ligger langt over Ks værdien (halvmætningskonstanten) vil der ske en eksponentiel vækst i den mikrobielle biomasse med tilsvarende eksponentielt fald i stofkoncentra-tionen.

Nedbrydningsforløbene indikerer, at Ks værdien for phenol og methylphe-noler ligger væsentligt under 1 mg/l.

Prøverne er udtaget i 3 og 5 m dybde.

* Den samlede nedbrydningstid for stofmængden er angivet. Da nedbrydningsforløbet følger monodkinetik med mikrobiel vækst, er det ikke meningsfuldt at angive halveringstider.

Tabel 4.4: Nedbrydningstid i dage for høje og moderate koncentrationer af phenol og methylphenoler.

Af tabel 4.4. fremgår, at phenol og methylphenoler i koncentrationsområdet 1-10 mg/l nedbrydes hurtigt under aerobe forhold (2-3 dage) medens nedbrydningstiden under denitrificerende forhold forlænges med en faktor 5-15. Alle de undersøgte stoffer kunne nedbrydes under denitrificerende forhold, men der blev ikke opnået fuld nedbrydning for alle stofferne inden for forsøgsperioden (35 dage). Det må forventes, at in-situ nedbrydningstiden vil være noget højere end i batchforsøgene, hvor der er givet optimale betingelser for kontakt mellem substrat og bakterier.

De anvendte koncentrationer i batchforsøgene (høj/moderat stofkoncentration) er ikke urealistiske i forhold til den umættede zone.

De højeste koncentrationer af benzen, phenol, methyl- og dimethylphenoler

fra filtersætningen ved grundvandsspejlet i (M7-1) ligger i området 160-660 μg/l (se kapitel 6, figur 6.2). Med en filterstrækning på 400 cm vil den maximale koncentrationen i infiltrationsvandet fra den umættede zone være i størrelsesordenen 2-12 mg/l, hvis der antages en nedblanding på 25cm i toppen af grundvandszonen.

4.4 Sammenfatning, umættet zone.

Der er under aerobe forhold et højt nedbrydningspotentiale for phenol og methylphenoler i de forskellige jordlag i den umættede zone, som hurtigt vil kunne nedbryde stofferne under transporten mod den mættede grundvandszone.

Under denitrificerende forhold øges nedbrydningstiden markant.

Ved høje infiltrationsrater vil porevoluminet i den umættede zone blive vandmættet og der opstår hurtigt denitrificerende forhold, da den iltmængde, der tilføres med vandet kun rækker til en meget begrænset omsætning af tjærestofferne.

En rimelig dræning og geniltning af porevoluminet i den umættede zone efter ophør af infiltration forventes at tage 9-12 måneder (se afsnit 4.1.6). Med den anvendte infiltrationsstrategi på Hjørring Gasværksgrund (se afsnit 6.1) er det derfor sandsynligt, at nedbrydningen i den umættede zone størstedelen af tiden er forløbet under denitrificerende forhold.

Transportiden i den umættede zone for stofferne phenol, benzen og toluen fra en tænkt forureningskilde beliggende 9m over grundvandsspejlet er beregnet til 64 – 87 dage for den højeste anvendte infiltrationsintensitet (16,2 m/år). Ved normal nettonedbør (300 mm/år) øges transportiden til 5-10år (Christensen et al., 1999) /30/.

Med de relativt hurtige transporttider og anaerobe forhold under infiltrationen skabes der mulighed for gennembrud og dermed forhøjede koncentrationer af phenoler, methylphenoler og benzen i grundvandszonen. En væsentlig del af de mobiliserede tjærestoffer kan dog forventes at blive nedbrudt under denitrificerende forhold i den umættede zone.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 Januar 2006, © Miljøstyrelsen.